固体电解质ZrO_2薄膜气敏光学特性的研究

本文采用溶胶凝胶法制备了 Zr O2 薄膜 ,并研究它在乙醇蒸汽和氨蒸汽中的透射光谱 ,发现当掺入适量的稳定剂后 ,其光学特性显著增大 ,光学透过率随乙醇蒸汽和氨蒸汽的浓度增大而单调上升 ,敏感波段扩展至整个可见光区域 .其气敏光学特性的灵敏度、单调性、可重复性表明了该材料是一种有实用价值的气敏光纤传感器新材料 .本文亦讨论了 Zr O2 薄膜的气敏光学机理     

ns激光辐照ZrO_2薄膜剥落的理论研究

在ns激光辐照光学薄膜温度分布的基础上,利用最大剪应力理论建立了光学薄膜发生迎光剥落的理论模型,得到了发生损伤相应的应力分布和膜层剥落半径与入射激光能量关系.通过数值分析,验证了理论模型与实验结果基本保持一致,膜层临界损伤阈值与实验结论在数量级上保持一致;剥落半径与入射能量关系曲线与实验结果基本吻合.指出薄膜的损伤形态与其附着力强度有着密切关系,只有当附着力强度小于某一定值(～9.4×104N/cm2)时,才会发生剥落.     

溶胶-凝胶ZrO_2/SiO_2薄膜的激光损伤研究

采用溶胶-凝胶工艺分别制备了SiO2和ZrO2单层薄膜、ZrO2/SiO2双层膜以及ZrO2/SiO2多层高反膜。用输出波长为1064nm、脉宽为6.3ns的YAG激光器对薄膜进行了激光损伤实验。观察了薄膜经强激光辐照后的损伤情况,讨论了薄膜的激光损伤行为,并从理论上分析了产生这些损伤的原因,为进一步镀制高质量的ZrO2/SiO2多层高反膜提供了依据。     

ZrO_2/SiO_2溶胶-凝胶薄膜膜层间的渗透行为

分别以丙醇锆和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶工艺制备了性能稳定的ZrO2和SiO2溶胶。用旋转镀膜法在K9玻璃上分别制备了单层SiO2薄膜、单层ZrO2薄膜、ZrO2/SiO2双层膜和SiO2/ZrO2双层膜。采用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌,用椭偏仪测量薄膜的厚度与折射率,用紫外-可见光分光光度计测量了薄膜的透射率。对薄膜的透射光谱和椭偏仪模拟的数据进行分析,发现SiO2/ZrO2双层膜之间的渗透十分明显,而ZrO2/SiO2双层膜之间几乎不发生渗透。利用TFCalc模系设计软件,采用三层膜模型对薄膜的透射率进行模拟,得出的透射曲线与用紫外-可见光分光光度计测量的透射曲线十分符合。     

SiO2薄膜的制备方法与性质

本文采用光电子能谱和扫描电镜方法研究了溅射沉积条件对SiO2薄膜的表面上的针孔、薄膜原子结构的影响,并分析了不同条件下制备的SiO2薄膜中电子的输运过程.     

非晶和纳米ZrO_2,ZrO_2∶Y发光研究

利用共沉淀法制备了非晶和纳米ZrO2 和ZrO2 ∶Y(7% )。通过X射线衍射对其晶化过程的结构变化进行了表征 ,并在不同温度和气氛下进行处理 ,研究了对其发光性质的影响。结果表明发射谱由一个Gaus sian带 (峰值 2 6 9eV)和一个非对称带 (峰值 3 12eV)构成 ,它们对应的发光中心分别为F+ 心和 (F F) + 心。非晶样品的发光强度比纳米晶样品强 ,发光强度主要受氧空位的浓度和晶粒尺寸的影响 ,随着处理温度的升高 ,两者竞争的结果综合地影响了发光强度     

纳米晶ZrO_2∶Dy~(3 )的光致发光和能量传递性质

研究了Dy3 离子掺杂的ZrO2纳米粉体的光致发光性质。观测到Dy3 离子的室温强特征发射和浓度猝灭现象以及基质ZrO2与Dy3 离子之间的能量传递过程。发现了煅烧温度对样品的晶相有明显的影响,随着煅烧温度的变化,晶相也随之改变。晶相的改变使样品的荧光发射产生较大的差异,并观测到两个发射中心。通过对荧光强度与激活离子Dy3 离子浓度的关系研究发现,Dy3 离子在纳米ZrO2基质中存在浓度猝灭现象,最佳掺杂浓度取决于ZrO2基质的晶相,不同晶相导致不同的猝灭浓度,当基质晶相表现为四方相时,猝灭浓度为0.5%,而基质晶相为混合相时,猝灭浓度为1%。能量传递也依赖于样品的晶相。当煅烧温度为950℃时能量传递效果最好,并且从微观结构上给出了解释基质与Dy3 离子之间的能量传递的模型。     

纳米晶ZrO_2∶Eu~(3+)的制备及发光性质

利用共沉淀法制备了纳米晶ZrO2∶Eu3+发光粉体。室温下观测到Eu3+离子的强特征发射,主发射分别在590, 604nm处。观测到Eu3+离子电荷迁移态,并与其他研究系统观测到的Eu3+离子电荷迁移态基本相同。比较了不同掺杂比例和不同煅烧温度对Eu3+离子特征发射的影响。其他条件相同掺杂比例不同时,当n(Eu3+ )∶n(Zr4+ )为6%样品发射相对最强。而当掺杂比例相同改变煅烧温度时, 600℃煅烧的样品发光较强。分析了Eu3+离子对ZrO2 晶相的稳定作用。铕掺杂的纳米晶二氧化锆样品,随着样品煅烧温度的升高,样品的晶相结构只发生了细微变化。而纯纳米晶二氧化锆在煅烧温度升高时晶相发生了明显的变化。说明Eu3+离子起到了稳定ZrO2 基质晶相的作用。研究发现二氧化锆掺铕样品有较高的浓度猝灭,发射较强且色纯度较好。     

掺杂CdS超微粒的ZrO2薄膜的光学性质

研究了用溶胶凝胶方法制备的CdS超微粒 ZrO2 薄膜的发光特性 ,测量了不同退火温度处理的样品的荧光光谱、荧光激发光谱和荧光衰减曲线的变化 ,通过荧光衰减曲线研究了 14 0 ps左右的CdS的带间跃迁发射和较慢的表面态发射。还测量了这种掺有CdS超微粒的ZrO2 薄膜的飞秒光克尔效应 ,得到三阶非线性光学极化率为4 4× 10 - 1 1 esu和大约 10 0fs的响应时间。结果表明 ,这类材料具有较大的光学非线性和快速的响应时间 ,在高速光开关等方面有潜在的应用前景     

Cd2SnO4薄膜光致发光某些性质的研究

本文研究了Cd2SnO4薄膜光致发光的某些性质.Cd2SnO4膜是利用Cd-Sn合金靶在Ar+O2气氛中反应溅射而成的.实验研究表明,Cd2SnO4膜的发光峰值随着氧浓度的增加移向长波方向.这是因为氧浓度的增加,减少了膜中的氧空位,导致了导带中电子浓度的减小,致使Burstein-Moss效应和电子散射作用相对减弱,从而改变了带隙宽度.     

退火处理对SnO2薄膜光致发光性质的影响

实验研究表明,SnO2薄膜经过退火处理后其光致发光谱有明显的变化。在氧和氮两种不同气氛中进行热处理,其变化也有差异。这种变化主要是由于SnO2膜中氧空位和自由载流于浓度变化所致。     

连续激光辐照下的TiO_2薄膜热传导性质

热传导规律的研究在激光诱导薄膜材料改性等应用中有着重要的作用,本文针对二氧化碳激光器辐照下的二氧化钛(TiO_2)薄膜表面的热效应进行了理论仿真和实验研究。首先,对具有粗糙上表面的TiO_2薄膜,利用有限元法构建了连续激光作用下的TiO_2薄膜的立体模型并得到了其三维温度场分布。然后使用CO_2激光器进行辐照实验,分析了辐照时间和功率等参数对TiO_2薄膜形貌、晶相以及颜色的影响。仿真表明,连续激光辐照下TiO_2薄膜的瞬态温度场呈高斯分布,且与激光功率、光斑半径、辐照时间等因素有关。当表面温度小于分解温度时,薄膜上表面最大平均温度与激光功率满足线性关系,与光斑半径满足ExpAssoc非线性关系。实验结果表明,激光辐照引起TiO_2薄膜材料表面粗糙度降低且颜色变化。激光功率过小或辐照时间过短会导致有效作用面积小且不均匀,反之会产生热形变。结合仿真和实验可知使用功率为6 W,半径为3 mm的连续激光辐照TiO_2薄膜10 s时取得的处理效果最优。     

退火处理对SnO_2薄膜光致发光性质的影响

实验研究表明,SnO_2薄膜经过退火处理后其光致发光谱有明显的变化。在氧和氮两种不同气氛中进行热处理,其变化也有差异。这种变化主要是由于SnO_2膜中氧空位和自由载流于浓度变化所致。     

静电纺丝纳米ZrO_2:Ti纤维的制备与发光性质的研究

通过静电纺丝和高温煅烧相结合的方法制备了一维钛掺杂氧化锆的纳米纤维。复合纤维在1 000℃煅烧后,由于模板剂、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在高温下的分解,纤维直径大大减小,扫描电镜观察最终得到直径100 nm左右的单斜相纤维。利用稳态光谱和时间分辨光谱技术室温下研究了纤维的光致发光性质。结果表明发射主峰在467 nm的宽带,在350 nm处有一个小肩峰。两种不同的发光行为可以通过ZrO2∶Ti纳米纤维中存在的两种情况的氧空穴作为电子俘获中心来解释。一种由电荷补偿产生的氧空位,俘获电子,产生467 nm处Ti参与的发光现象。另外一种ZrO2表面缺陷导致的氧空穴,对应于350 nm的发光现象,没有发现长余辉现象。测得的激发态寿命短于体材料而长于普通的纳米晶,可能是由于一维纳米结构的独特性质导致的。     

氧分压对电子束蒸发SiO2薄膜机械性质和光学性质的影响

采用ZYGO MarkⅢ-GPI数字波面干涉仪、NamoScopeⅢa型原子力显微镜对不同氧分压下电子束蒸发方法制备的SiO₂薄膜中的残余应力及表面形貌进行了研究, 结果发现：随着氧分压的增大, 薄膜中的压应力值逐渐减小, 最后变为张应力状态; 同时薄膜的表面粗糙度也随着氧分压的增大而逐渐增大. 另外, 折射率对氧分压也非常敏感, 随着氧分压的增大呈现出了减小的趋势. 这些现象主要是由于氧分压的改变使得SiO₂薄膜结构发生了变化引起的.     

基于Ni电极和ZrO_2/SiO_2/ZrO_2介质的MIM电容的导电机理研究

研究了基于Ni电极和原子层淀积的ZrO_2/SiO_2/ZrO_2对称叠层介质金属-绝缘体-金属(MIM)电容的电学性能.当叠层介质的厚度固定在14nm时,随着SiO_2层厚度从0增加到2nm,所得电容密度从13.1 fF/μm~2逐渐减小到9.3fF/μm~2,耗散因子从0.025逐渐减小到0.02.比较MIM电容的电流-电压(I-V)曲线,发现在高压下电流密度随着SiO_2厚度的增加而减小,在低压下电流密度的变化不明显,还观察到电容在正、负偏压下表现出完全不同的导电特性,在正偏压下表现出不同的高、低场I-V特性,而在负偏压下则以单一的I-V特性为主导.进一步对该电容在高、低场下以及电子顶部和底部注入时的导电机理进行了研究.结果表明,当电子从底部注入时,在高场和低场下分别表现出普尔-法兰克(PF)发射和陷阱辅助隧穿(TAT)的导电机理;当电子从顶部注入时,在高、低场下均表现出TAT导电机理.主要原因在于底电极Ni与ZrO_2之间存在镍的氧化层(NiO_x),且ZrO_2介质层中含有深浅两种能级陷阱(分别为0.9和2.3 eV),当电子注入的模式和外电场不同时,不同能级的陷阱对电子的传导产生作用.     

纳米ZnO和ZnO-SiO2复合薄膜的光学性质研究

通过溶胶凝胶(sol-gel)法分别在玻璃衬底上制备了ZnO纳米薄膜和ZnO-SiO2纳米复合薄膜,并利用紫外.可见光分光光度计对薄膜的光学性能进行了分析.可见光一紫外透射谱显示,随着Zn0溶胶浓度从0.7 mol/L降低到0.006 mol/L,制备的ZnO薄膜从只出现一个380 nm(对应的光学禁带宽度为3.27 eV)左右的吸收边到在380和320nm(对应的光学禁带宽度为3.76 ev)左右各出现一个吸收边,并且随着ZnO溶胶浓度的降低,在380-320 nm波段内的透过率明显提高.而ZnO-SiO2复合薄膜只在310 nm左右出现一个吸收边.SiOO2的包覆宽化了ZnO的禁带宽度,包覆后的禁带宽度可达到3.87 ev.     

MgB2薄膜的制备与特殊性质

本文报道了利用混合物理化学气相沉积方法(HPCVD)在SiC衬底上制备出约150 nm厚,结构均匀的MgB2薄膜.由R~T曲线知道样品TC(0)高达40.1K.由M~T曲线知道其TC=40.4K,且曲线转变十分陡峭.X射线衍射分析表明薄膜具有较好的C轴取向,没有氧污染,却存在Mg的杂峰.由M~H曲线,利用毕恩模型计算得到了5 K零场条件下JC(0T,5K)=2.7×106A/cm2,Hc2=19.5 T.这些结果表明过量的Mg对MgB2薄膜的转变温度以及有些性质有较大的影响.     

LBO晶体上ZrO2薄膜的显微结构和光学性质

用电子束蒸发方法在三种不同取向的三硼酸锂(LiB3O5,简称LBO)晶体上沉积了ZrO2薄膜.采用分光光度计和X射线衍射技术对LBO晶体基底结构对薄膜光学性质和显微结构的影响进行了研究.实验结果表明基底结构对薄膜的显微结构和光学性质具有明显影响,即X-LBO,Y-LBO和Z-LBO上沉积的ZrO2薄膜分别沿m(-212),m(021)和o(130)择优生长,且m(021)择优取向的ZrO2薄膜具有最高的折射率和最小的晶格不匹配.     

Si掺杂HfO_2薄膜的铁电和反铁电性质

通过改变Si掺杂量制备出了具有显著铁电和反铁电特征的HfO2纳米薄膜,对其电滞回线、电容-电压和漏电流-电压特性以及物相温度稳定性进行了对比研究.反铁电薄膜的介电系数大于铁电薄膜,在电场加载和减载过程中发生的可逆反铁电-铁电相变导致了双电滞回线的出现,在室温至185℃的测试温度范围内未出现反铁电→顺电相变.在电流-电压特性测量时观察到的负微分电阻效应归因于极化弛豫等慢响应机理的贡献.